图灵机原理三体中人计算机,图灵机的运行机制

图灵机工作步骤

准备

- 存储带子上的格子初始话      - 设置内部状态存储器当前状态      - 读写头设置初始在存储带上所做的格子位置      - 准备好控制指令，即控制程序。

反复执行以下步骤，直到停机

- 读写头读出当前格子的数字或符号 - 根据当前状态和读到的字母或符号找到对应的控制指令 - 根据控制指令，执行以下三个动作    1. 读写头在格子上擦除或写入一个数字或符号    2. 变更状态到一个新状态

读写头向左或向右移动一格

-估计你还是不明白，别急。看过《三体》的同学都知道三体人把地球人看做“虫子”，三体人的维度比地球三维世界高，就好像我们人类把看虫子一样。

下面，我们把虫子放到一个二维的世界中，以虫子为例，给大家来说明最简单的图灵机模型(注：该例子非原创)。

假设理想的情况一：

虫子所处的二维世界是一个无限长的纸带，这个纸带上被分成了若干小的方格，而每个方格都仅仅只有黑和白两种颜色。纸带的片段为：

假设虫子的感官只有眼睛，并且它的视力短的可怜，只能看到当前所处格子的颜色

虫子可以向前爬一个格子或向后爬一个格子

虫子的操作系统、程序为：我们假设黑色是食物区，虫子吃到食物后前移一格，白色是空白区，没有食物后退一格，

在这个情况中格子的颜色是虫子的输入信息，集合为IN={黑色，白色}，输出集合为 OUT= {前移一格，后移一格}

从开始位置开始，虫子会怎么移动呢？

开始是黑色，虫子前移一格，到达第2格

第2还是黑色，虫子前移一格，到达第3格

第3格还是黑色，虫子前移一格，到达第4格

第4格为白色，虫子后移一格，回到第3格

可见，这条带子上，虫子在第4格和第3格来回移动循环不止。

假设理想的情况二

现实中虫子肯定不可能傻到无线循环，虫子会有饥饿、吃饱的感受，食物吃了后也会消失。因此我们在情况下中改进下模型。

虫子在黑色的格子时，如果是饥饿状态，吃掉食物把格子变成白色；如果是吃饱状态，后移一格

虫子在白色的格子时，如果是饥饿状态，停下来等食物长出来涂黑；如果是吃饱状态，前移一格

虫子的操作系统、程序为：

在这种情况中，输入集合为IN={黑色，白色}，输出集合为 OUT= {前移一格，后移一格，吃掉食物涂白，等待食物长出来涂黑}，内部状态S={吃饱，饥饿}

二维纸带不变，从开始位置开始，虫子初始是饥饿状态，虫子会怎么移动呢？

第1格是黑色，虫子饥饿，吃掉食物格子变白，虫子新状态为吃饱

第1格为白色，虫子吃饱，虫子前移一格，到达第2格，虫子新状态为饥饿

第2格为黑色，虫子饥饿，吃掉食物格子变白，虫子新状态为吃饱

第2格为白色，虫子吃饱，虫子前移一格，到达第3格，虫子新状态为饥饿

第3格为黑色，虫子饥饿，吃掉食物格子变白，虫子新状态为吃饱

第3格为白色，虫子吃饱，虫子前移一格，到达第4格，虫子新状态为饥饿

第4格为白色，虫子饥饿，等待食物长出来涂黑，虫子新状态为吃饱

第4格为黑色，虫子吃饱，虫子后退一格，到达第3格，虫子新状态为饥饿

这时，第3格已经长出来食物，是黑色，因此流程和第5步的情况一样了

情况二，小虫的行为比情况以复杂了一些，但小虫最后仍然会落入无限循环当中。

到此，如果你已经彻底搞懂了二维虫子是怎么移动的，那么你已经明白了图灵机的工作原理了！因为从本质上讲，最后的小虫模型就是一个图灵机！